吉牛水電站富含云母巖體引水隧洞爆破施工技術(shù)

劉 濤，何承俊

(四川革什扎水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川丹巴 626300)

1 工程概述

吉牛水電站位于四川省甘孜州丹巴縣革什扎河干流上，是革什扎河“一庫四級”水電開發(fā)方案中的第四個梯級，為低閘引水式電站。水庫正常蓄水位高程2378m，總庫容197.5萬m3，具有日調(diào)節(jié)性能。引水隧洞全長22.377km，城門洞型斷面為31～41m2，額定引用流量為60.28m3/s。電站裝機2臺，總裝機容量240MW，為單一發(fā)電工程。本工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。擋水建筑物、引水系統(tǒng)和廠房等主要建筑物按3級設(shè)計，次要建筑物按4級設(shè)計。

引水隧洞布置于革什扎河左岸，沿線出露地層主要有震旦系下統(tǒng)(Za)厚～巨厚層變粒巖偶夾中～薄層二云英片巖;震旦系上統(tǒng)(Zbdn)中～薄層二云英片巖、二云片巖(兩種巖石因石英含量的增減呈漸變過渡關(guān)系);志留系第一巖組(Smx1)中～厚層柘榴二云英片巖;志留系第二巖組(Smx2)中～厚層大理巖、二云英片巖、石英巖等;志留系第三巖組(Smx3)中～厚層石英巖夾二云英片巖;志留系第四巖組(Smx4)中～薄層二云片巖、二云英片巖夾石英及大理巖等。除簡歷溝以上洞段主要為較堅硬的厚～巨厚層變粒巖外，其余洞段巖性一般軟硬相間，具互層狀結(jié)構(gòu)。第四系松散堆積層分布于溝床及沿河谷坡下部和河床。引水隧洞沿線地層擠壓褶皺強烈，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，引水隧洞穿越燕窩溝斷層、大桑斷層(含大桑分支斷層)和水子斷層共三條區(qū)域性斷層。此外，巖體中還發(fā)育多組構(gòu)造裂隙。

引水隧洞沿線山體雄厚，洞線穿越地層為厚～巨厚層變粒巖、中～薄層二云英片巖、二云片巖及大理巖、石英巖等。其中，簡歷溝以上洞段以堅硬的厚～巨厚層變粒巖為主，無大斷裂通過，巖體較完整，成洞條件較好，圍巖以Ⅱ～Ⅲ類為主。其余洞段主要由中～薄層二云英片巖、二云片巖構(gòu)成，巖性一般軟硬相間，總體呈互層狀結(jié)構(gòu)。大致以水子斷裂為界，上游洞段巖體較完整，構(gòu)造發(fā)育程度相對輕微，以Ⅲ類圍巖為主。水子斷裂以下洞段巖層擠壓揉皺極為強烈，層間擠壓破碎帶及小斷層發(fā)育，隨機分布大量石英脈、石英條帶或石英團塊，多具薄層或鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，以Ⅳ類圍巖為主，Ⅲ類次之，成洞條件較差。

引水隧洞是吉牛水電站工程施工的關(guān)鍵線路，由于隧洞巖體云母含量高，巖石塑性變形大，炸藥能量主要消耗在巖石塑性變形中，致使其可爆性差、單循環(huán)進尺短(1.2～1.7m)、單方耗藥量高、光面爆破效果差，嚴(yán)重影響工程進度和質(zhì)量。筆者以吉牛水電站富含云母巖體引水隧洞開挖爆破施工為例，通過對吉牛水電站引水隧洞各工作面爆破情況進行調(diào)查分析以及大量的爆破試驗，探討、制定了有效的富含云母巖體隧洞開挖方法和爆破方案并取得了實效。

2 引水隧洞采用的開挖方法

2.1 增加單循環(huán)進尺方法

(1)增加掏槽孔的排數(shù)、減小孔距。

增加掏槽孔的排數(shù)、減小孔距，減小抵抗線以達到增加爆破單循環(huán)進尺的目的。

(2)多層楔形掏槽。

采用三層甚至四層輔助楔形掏槽，使掏槽孔的抵抗線變小，多層爆破先將隧洞中心掏槽，為后續(xù)段位爆破形成有利的臨空條件。

(3)中心空孔區(qū)直眼桶形掏槽。

隧洞中心布置空孔區(qū)，鉆多個緊鄰的小孔徑平行直孔(間距5cm、孔徑42mm)或多個大孔徑平行直孔(孔徑90mm以上)，為空孔，不裝藥，為先爆孔爆破創(chuàng)造較好的條件。在空孔周圍，距空孔距離不大于15cm的圈內(nèi)布置第1圈掏槽孔，第1圈掏槽孔周圍距離不大于30cm的圈內(nèi)依次布置第2～4圈掏槽孔，其余鉆孔按常規(guī)布置。這種掏槽方法，在面積很小的區(qū)域內(nèi)布置密孔，增加炸藥單耗，將該區(qū)域炸透(炸酥)，然后在后續(xù)孔的爆破作用下，達到掏槽的目的。

(4)將掏槽區(qū)盡量布置在隧洞中心部位。

隧洞中心區(qū)域應(yīng)力釋放較充分，夾制作用相對小，相對于隧洞其它區(qū)域易爆。

(5)采用間隔時間長的雷管系列。

在使用毫秒系列雷管爆破進尺受限的情況下，采用半秒系列雷管引爆，爆破進尺會有明顯提高。這種方法在斷面小的隧洞直眼桶形掏槽時經(jīng)常采用，效果好。

(6)改變開挖方式。

采用先導(dǎo)洞開挖或分部開挖的方式進行開挖。采用先導(dǎo)洞或分部開挖方式在大斷面的隧洞或地質(zhì)條件差的隧洞應(yīng)用很多。若采用上導(dǎo)洞方式，可以不需要鉆孔臺架，在隧洞上部開挖完成后或完成若干進尺后，對于隧洞下面部分可以采用梯段爆破方式爆破;若采用下導(dǎo)洞開挖，在隧洞下部或其局部開挖完成后或完成若干進尺后其它部分?jǐn)U挖相對容易。

(7)優(yōu)選炸藥對爆破效果有利。

從吉牛水電站引水隧洞炸藥使用情況看，乳化炸藥比銨油炸藥效果稍好，因此，選擇高能炸藥對爆破控制極為有利。

(8)順層掏槽。

根據(jù)巖層走向，順層掏槽，爆破效果較好。

2.2 改善光面爆破效果的方法

(1)間隔裝藥。

將集中在炮孔底部連續(xù)裝藥的炸藥改為間隔裝藥，使藥量均分，可以減小對保留巖體的破壞。

(2)光面爆破孔采用導(dǎo)爆索起爆。

若采用普通電雷管起爆，由于光面孔的起爆雷管段位高，其延時誤差大，相鄰光面孔間起爆的時間不一致，將造成單個炮孔起爆，光面孔間的裂縫就不能形成，很容易形成齒狀，難以形成順滑的壁面。采用導(dǎo)爆索起爆，由于爆速快，可以保證光面孔同時起爆，使孔間形成裂縫，達到光面爆破的效果。

(3)預(yù)留合適的光爆層。

光爆層是指周邊光爆孔與最外層主爆孔之間的一圈巖石層，光爆層的厚度W與周邊孔的間距E有著密切的關(guān)系。K=E/W為周邊孔(光爆孔)的密集系數(shù)。K值小，表示炮孔間距小，巖體能較精確地沿炮孔連心線位置裂開，但鉆孔量大;K值過大，各炮孔只能獨立地起作用，不能形成要求的光爆面。均勻的光爆層是有效地實現(xiàn)光面爆破的一個重要環(huán)節(jié)，在光面爆破時，應(yīng)對鄰近光爆層的主爆孔的布置及裝藥量高度重視，特別是在地質(zhì)條件不好時，主爆孔爆破后參差不齊的壁面將直接影響光面爆破的效果。此時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鄰近光爆層的主爆孔的布置及裝藥量，必要時，這一層主爆孔也應(yīng)按照光爆層的要求進行布置，使其成為另一層光爆孔。

3 洞挖爆破方案

3.1 雙區(qū)掏槽方案

在隧洞中部和底部兩個區(qū)域同時進行掏槽，2個掏槽區(qū)間相隔有大約1m的層帶無鉆孔。引水隧洞Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖斷面起爆網(wǎng)絡(luò)見圖1。

圖1 引水隧洞Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖斷面起爆網(wǎng)絡(luò)圖

(1)頂拱光面孔。

頂拱光面孔間距≤45cm，裝藥量為2～4節(jié)炸藥，巖性好時用大值，巖性差時用小值。巖性差的隧洞頂拱周邊孔間距≤35cm，裝藥量為1.5節(jié)炸藥，間隔裝藥，每處1/3節(jié)炸藥，用導(dǎo)爆索起爆。由于周邊孔裝藥量小，光爆層厚度≤35cm。

(2)邊幫孔。

邊幫孔間距≤60cm，裝藥量為4～6節(jié)炸藥，巖性好時用大值，巖性差時用小值。

(3)底 孔。

底孔間距≤80cm，裝藥量為5～7節(jié)炸藥，巖性好時用大值，巖性差時用小值。

(4)掏槽孔。

第1排主掏槽孔:采用楔形掏槽，第1排主掏槽孔角度為60°左右，孔一般應(yīng)超深20cm以上，左右兩邊開口位置距離1.5m以上，底部相交?？组g距25～30cm，一般為5孔。第2～4排主掏槽孔:從洞壁沿洞軸線均衡分布，排距30～40 cm，一般按照抵抗線≤50cm進行布置。輔助掏槽孔每排數(shù)量逐漸減少，一般為2～3孔一排。從第2排往后各排，掏槽孔與掌子面的角度越來越大。輔助掏槽孔:左右兩邊第1排主掏槽孔間的三角體是最難爆除的，應(yīng)布置輔助掏槽孔，一般左右各布置1排孔，特別難爆時左右各布置2排孔。從洞中心線深1m處開始布置、均分。輔助掏槽孔每排2孔。掏槽角度在45°～52°之間效果較好，與掌子面角度太大，掏槽無法達到要求。若遇到Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖，主掏槽排數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。

(5)輔助孔。

在掏槽孔間布置了少量輔助孔，在中部掏槽區(qū)上與頂拱光面孔下布置了幾排輔助孔，其布置較簡單，只要能夠爆下巖體即可，孔距較大，層距≤70cm。

3.2 注意事項

(1)鉆爆臺車的選擇。

鉆爆臺車除需滿足適用、安全等基本要求外，重量應(yīng)盡可能輕，以方便利用裝載機助其就位，從而節(jié)約開挖的準(zhǔn)備時間。

(2)鉆孔角度的控制。

本工程采用的是楔形掏槽法，掏槽斜孔根據(jù)其位置的不同，各排鉆孔角度不同。對鉆孔角度必須嚴(yán)格控制，才能保證爆破效果。

(3)起爆雷管及網(wǎng)絡(luò)。

孔內(nèi)起爆雷管根據(jù)設(shè)計要求采用MS1、MS3、MS5、MS7(毫秒系列)跳段，MS7后面的段位可以不跳段。連線起爆雷管應(yīng)采用延時短、誤差小的MS1(毫秒)雷管。若孔內(nèi)采用 HS1、HS2、HS3……半秒系列雷管，則孔外起爆雷管全部采用延時短、誤差小的MS1(毫秒)雷管。周邊光爆孔使用導(dǎo)爆索連接?？變?nèi)雷管裝在第2節(jié)炸藥上，底部起爆。

(4)裝藥及堵塞。

裝藥前鉆孔清洗要干凈;裝藥時應(yīng)逐節(jié)送入孔內(nèi)，間隔裝藥;雷管段雷管安裝應(yīng)正確;孔口應(yīng)采用炮泥堵塞，主爆孔堵塞長度為50cm，光爆孔堵塞長度為20cm。

4 結(jié)語

吉牛水電站富含云母巖體引水隧洞的開挖施工通過采用上述措施和方案，在技術(shù)方面較好地解決了富含云母巖體單循環(huán)進尺短、單耗高的問題，將單循環(huán)進尺提高到了1.8～2.2m，有效地提高了工程進度，降低了成本，為同類工程積累了經(jīng)驗。

［1］水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范，DL/T5099－1999［S］.